1.2. Классификация электрических цепей
По роду тока: постоянного тока, переменного тока, синусоидальные, несинусоидальные.
По числу фаз: однофазные, трехфазные.
По характеру элементов: линейные (в них все элементы линейные), нелинейные (содержат хотя бы один нелинейный элемент).
Линейные
элементы отличаются от нелинейных
вольт-амперными характеристиками
(ВАХ)
.
Примеры ВАХ приведены на рис. 1.5.
а б
Рис. 1.5. ВАХ линейного (а) и нелинейного
элемента (б)
На электрические цепи с сосредоточенными и с распределенными параметрами (например ЛЭП).
По способу соединения потребителей: разветвленные, неразветвленные.
Основные топологические понятия:
узел – место соединения трех и более ветвей;
ветвь – участок цепи между двумя соседними узлами, в котором все элементы соединены последовательно;
контур – замкнутый участок электрической цепи, в котором каждый из элементов цепи встречается не более одного раза.
1.3. Режимы работы электрических цепей
Режим холостого хода – это такой режим, при котором ток в цепи либо вообще не протекает, либо он много меньше номинального.
Режим короткого замыкания – это такой режим, при котором клеммы источника замыкаются элементом с пренебрежимо малым сопротивлением.
Номинальный режим – это такой режим, на который рассчитано данное устройство.
Согласованный
режим –
это такой режим, при котором в нагрузке
выделяется максимальная мощность.
Условием согласованного режима является
,
КПД
%.
1.4. Основные законы электротехники
Закон Ома:
1. Для полной цепи
,
где R – сопротивление потребителя; ri – внутреннее сопротивление источника.
2. Для участка цепи
.
Законы Кирхгофа:
Первый закон: алгебраическая сумма токов, сходящихся в узле, равна нулю:
.
Входящие в узел токи берутся со знаком плюс, выходящие – со знаком минус.
Второй закон: алгебраическая сумма ЭДС в контуре равна алгебраической сумме падений напряжения на элементах этого контура:
.
Если направления ЭДС и тока совпадают с выбранным направлением обхода контура, то они берутся со знаком плюс, в противном случае – со знаком минус.
Закон электромагнитной индукции:
.
Изменение магнитного потока вызывает появление ЭДС в токопроводящей среде.
Частные случаи:
закон электромагнитной индукции для катушки:
,
где
– число витков катушки;
ЭДС в проводнике, движущемся в однородном магнитном поле,
,
где
В
– индукция; l
– длина проводника; V
– скорость проводника;
– угол между
и
.
НаправлениеЕ
определяется по правилу правой руки.
Закон Ампера: на проводник с током в магнитном поле действует сила F.
Для однородного магнитного поля имеем
.
Направление F определяем по правилу левой руки.
Правило Ленца: индуцированный ток всегда бывает такого направления, что своим действием старается уничтожить причину, его вызвавшую.
Закон Джоуля – Ленца: количество выделяемой в проводнике тепловой энергии прямо пропорционально квадрату тока, сопротивлению и времени:
.